单端反激式开关稳压电源修改版课件.docx
- 文档编号:3022855
- 上传时间:2022-11-17
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:389.54KB
单端反激式开关稳压电源修改版课件.docx
《单端反激式开关稳压电源修改版课件.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单端反激式开关稳压电源修改版课件.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单端反激式开关稳压电源修改版课件
单端反激式开关稳压电源
学生姓名:
xxx
学生学号:
xxx
院(系):
xxx
年级专业:
xxx
指导教师:
xxx
二〇一三年十二月
摘要
电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。
在信息时代,农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展,对电影产业提出个更多、更高的要求,如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。
这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术,做出最好的电源产品,以满足各行各业的要求。
开关电源是一种新型的电源设备,较之于传统的线性电源,其技术含量高、耗能低、使用方便,并取得了较好的经济效益。
UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。
假如由于某种原因使输出电压升高时,脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度,亦即占空比D,使斩波后的平均值电压下降,从而达到稳压目的,反之亦然。
UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等,适合于制作20~80W小功率开关电源。
由于器件设计巧妙,由主电源电压直接启动,构成电路所需元件少,非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。
设计思路,并附有详细的电路图。
关键词:
开关电源,uc3842,脉宽调制,功率,IGBT
目录
摘要I
1设计要求1
2设计方案2
2.1开关稳压电源系统总体框图2
2.2电路结构的选择2
2.3启动电路3
2.4PWM脉冲控制驱动电路4
2.5直流输出与反馈电路4
2.6总体电路图分析6
3设计过程7
3.1变压器和输出电感的设计7
3.2电路仿真波形8
4PCB设计11
4.1PCB设计规范11
4.2PCB设计图14
5总结和体会15
参考文献16
附录1:
总体电路图17
1设计要求
电源设计指标
小型电源输入、输出参数如下:
输入电压:
AC110/220V;
输入电压变动范围:
90~240V;
输入频率:
50/60Hz;
输出电压:
12V;
输出电流:
2.5A。
控制电路形式为它激式,采用UC3842为PWM控制电路。
电源开关频率的选择决定了变换器的特性。
开关频率越高,变压器、电感器的体积越小,电路的动态响应也越好。
但随着频率的提高,诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。
另外高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较困难。
在本电源中,选定工作频率为85kHz.。
2设计方案
2.1开关稳压电源系统总体框图
2.2电路结构的选择
小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路,电源结构简单,工作可靠,成本低。
与单端反激式电路相比,单端正激式电路开关电流小,输出纹波小,更容易适应高频化。
用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关稳压电源的主电路如图4-1所示。
单端正激式开关稳压电源加有磁通复位电路,以释放励磁电路的能量。
在图4-1中,开关管VT导通时V1导通,副边线圈N2向负载供电,V4截止,反馈电线圈N3的电流为零;VT关断时V1截止,V4导通,N3经电容C1滤波后向UC3842⑺脚供电,同时原边线圈N1上产生的感应电动势使V3导通并加在RC吸收回路。
由于变压器中的磁场能量可通过N3泄放,而不像一般的RCD磁通复位电路消耗在电阻上,达到减少发热,提高效率的目的。
图2-1单端正激式开关电源的主电路图
2.3启动电路
图2-2输入220v交流电,经过C1、L、C2进行低通滤波滤波后的交流电压经D1~D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3l0V的脉动直流电压,此电压经通过电阻R18分压给uc3842提供启动电压,当电压达到16v时达到芯片的启动电压,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,uc3842的启动电压大于16V,启动电流仅1mA即可进入工作状态。
处于正常工作状态时,工作电压在10~34V之间,负载电流为15mA。
超出此限制,开关电源呈欠电压或过电压保护状态,无驱动脉冲输出。
图2-2高频滤波整流电路
2.4PWM脉冲控制驱动电路
图2-3PWM脉冲控制驱动电路
图2-3由分压电阻R18提供分得的电压接入uc3842的
(vcc)管脚,uc3842启动工作,由
端(output)输出推动开关管工作,输出信号为高低电压脉冲。
高电压脉冲期间,场效应管导通,电流通过变压器原边,同时把能量储存在变压器中。
根据同名端标识情况,此时变压器各路副边没有能量输出。
当
脚输出的高电平脉冲结束时,场效应管截止,根据楞次定律,变压器原边为维持电流不变,产生下正上负的感生电动势,此时副边各路二极管导通,向外提供能量。
同时反馈线圈向UC3842供电。
UC3842内部设有欠压锁定电路,其开启和关闭阈值分别为16V和10V,电源电压接通之后,当7端电压升至16V时UC3842开始工作,启动正常工作后,它的消耗电流约为15mA。
由于输入电压的不稳定,或者一些其他的外在因素,有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生,因此,电路必须具有一定的保护功能。
如图4-3所示,如果由于某种原因,输出端短路而产生过流,开关管的漏极电流将大幅度上升,R6两端的电压上升,其中R19和C8组成滤波电路防止脉冲尖峰使电路误操作,UC3842的脚3上的电压也上升。
当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V(即电流超过1.5A)时,UC3842的PWM比较器输出高电平,使PWM锁存器复位,关闭输出。
这时,UC3842的脚
无输出,MOS管S1截止,从而保护了电路。
2.5直流输出与反馈电路
当开关管导通时,整流电压加在变压器初级绕组上的电能变成磁能储存在变压器中,开关管截止后,能量通过次级绕组释放到负载上。
由公式:
Uo=(Ton/(n
))E(2-1)
可以得出,输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比;与初,次级绕组的匝数比及开关管的截止时间成反比。
图2-4直流输出与反馈电路
反馈电路采用精密稳压器TL431和线性光耦PC81。
利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器,再通过线性光耦对输出进行精确的调整。
如图2-4输出电压经R9,R11分压后得到的取样电压,与TL431中的2.5V带隙基准电压进行比较。
当输出电压出现正误差,取样电压>2.5V,TL431的稳压值降低,光耦控制端电流增大,UC3842的反馈端(VFB)电压值增大,输出端的脉冲信号占空比降低,开关管的导通时间减少,输出电压降低;反之,如果输出电压出现负误差,UC3842的输出脉冲占空比增大,输出电压增高,达到稳压目的。
在对电压精度要求高的场合,会把电压反馈信号从补偿端(CMOP)输入,不用UC3842的内部放大器,因此反馈信号的传输缩短了一个放大器的传输时间,使电源的动态响应更快。
2.6总体电路图分析
图2-5总体电路图
本设计利用uc3842组成的PWM脉冲控制驱动电路,输出+5v和+12v两个直流电源。
电路分为四个模块,整流滤波电路,为uc3842提供启动电压,uc3842组成的PWM脉冲电路,驱动MOSFET管为变压器线圈提供脉冲,两个输出电路,以及一个电压反馈电路。
当电路启动运行后,uc3842的启动电压由R7分压,再经二极管整流后,得到的直流电压提供,此时第一模块的启动电路不再提供启动电压。
设计的特点在于精密的反馈调节系统。
3设计过程
3.1变压器和输出电感的设计
依据UC3842应用方式,选定定时电阻RT=1.8kΩ,定时电容CT=10μF。
确定开关频率f=85kHz,周期T=11.8μs。
设计单端控制开关电源时,一般占空比D最大不超过0.5,这里选择D=0.5,则:
(3-1)
根据电源规格、输出功率、开关频率选择PQ26/25磁芯,磁芯截面积S=1.13cm2,磁路有效长度L=6.4cm,饱和磁通密度BS=0.4T。
取变压器最大工作磁感应强度Bmax=BS/3≈0.133T,则电感系数A为:
(3-2)
变压器原边线圈匝数N1为:
(3-3)
式中,UI――最小直流输入电压。
交流输入电压的最小值约为90V,UI=90×√2≈127(V),得出N1=49.9匝,取50匝。
原边线圈电感L=AN12=11.1(mH)。
副边线圈匝数为:
(3-4)
式中:
UDF――整流二极管VDl上的压降;UL――输出电感L上的压降。
取UDF+UL=0.7V,代入式(6-4),得N2=10匝。
副边线圈电感为:
(3-5)
开关管断开时,N1两端将会产生感应电动势,为了保证开关管正常工作,将感应电动势限制到e=300V。
反馈电线圈向UC3842提供U=12V的工作电压,按电容C1上的电压UC=16V计算,以保证有足够的供电电压给UC3842。
由N3=(UC/e)N1可得N3=2.67匝,取3匝。
变压器副边电流为矩形波,其有效值为:
(3-6)
导线电流密度取4A/mm2,所需绕组导线截面积为1.77/4≈0.44(mm2)。
同样可选择原边绕组导线,原边电流有效值为:
(3-7)
所需绕组导线截面积为0.354/4=0.0885mm2,选用截面积为0.09621mm2的导线(Φ0.41mm)。
取输出电感的电流变化量△IL=0.2IO=0.5A,则输出电感为:
(3-8)
式中:
U2――副边线圈最小电压。
计算得:
(3-9)
取UDF=0.5V,UO=3V,代入式(6-8)可得L=140μH。
根据输出电感上的电流IL=IO,所需绕组导线截面积应为2.5/4=0.625mm2,选择截面积为0.6362mm2导线(Φ0.96mm)。
3.2电路仿真波形
本电路采用Multisim11.0仿真,其仿真结果如下:
图3-212v输出仿真波形图
图3-2(3)UC3842输出波形
图3-2(4)取样电路仿真波形图
4PCB设计
4.1PCB设计规范
在任何开关电源设计中,PCB板都是物理设计的最后一环,如果设计方法不当,PCB可能会辐射过多的电磁干扰,造成电源工作不稳定,以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析:
元器件布局实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。
例如,如果PCB上两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,因此在设计PCB时,应注意采用正确的方法。
每一个开关电源都有四个电流回路:
(1).电源开关交流回路
(2).输出整流交流回路
(3).输入信号源电流回路
(4).输出负载电流回路
输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个宽带储能作用;类似地,输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量,同时消除输出负载回路的直流能量。
所以,输入和输出滤波电容的接线端十分重要,输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源;如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连,交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。
电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍,过渡时间通常约为50ns。
这两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路,每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单端反激式 开关 稳压电源 修改 课件
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)